离焦量对 45# 钢表面激光熔覆镍基碳化钨粉的影响

目的研究激光熔覆过程中离焦量对熔覆层成形质量的影响。方法在扫描速度(2 mm/s)和送粉电压(8 V)不变的情况下,通过改变熔覆头与基体间的距离和激光功率,对比分析不同离焦量对熔覆层尺寸、洛氏硬度、界面显微硬度和金相组织的影响,并确定最佳离焦量。结果当离焦量D_L=3,4 mm时,熔覆层表面硬度先逐渐增大后趋于稳定,洛氏硬度高达55~56HRC;当离焦量D_L=5,6 mm时,由于离焦量过大,导致基体与熔覆层冶金结合不牢固,部分粉末颗粒没有充分熔化附着在熔覆层表面,熔覆层质量较差。同一功率下,随着离焦量的增大相对熔覆层宽度会减小;当离焦量D_L=3 mm时,冷却速度最大、熔覆层底部由柱状晶沿着熔体最易散热方向生长明显,在熔覆层上部形成了等轴晶组织。结论激光熔覆时离焦量是不可忽视的工艺参数之一,最终优化工艺参数为:扫描速度2 mm/s,送粉电压8 V,激光功率1200 W,最佳离焦量3 mm。     

工艺参数对钛合金激光熔覆 CBN 涂层几何形貌的影响

目的获得制备形貌较佳的CBN激光熔覆层的工艺参数。方法以CBN粉末为熔覆材料,在TC11钛合金表面制备CBN熔覆层。设计正交试验,利用金相法检测熔覆层的几何形貌参数,研究工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量、预置层厚度)对涂层几何形貌的影响规律。结果随着激光功率、扫描速度、离焦量和预置层厚度的增大,熔覆层宽度、高度以及熔池深度都发生相应的改变。其中扫描速度对熔覆层形貌的影响最大,其次为激光功率和预置层厚度,离焦量的影响最小。随着激光功率增大,熔覆层宽度先增大后减小,熔覆层高度逐渐降低,熔池深度逐渐增大。扫描速度、离焦量和预置层厚度的增加都导致熔覆层宽高和熔池深度的减小。结论最优的工艺参数为:激光功率1400W,扫描速度4mm/s,离焦量35mm,预置层厚度0.4mm。     

工艺参数对IC10高温合金激光熔覆层形貌的影响

分析了IC10高温合金的激光熔覆工艺.包括工艺参数对宽度、深度、高度的影响规律以及热输入对熔覆层宏观形貌的影响规律,最后设计正交试验并利用极差分析确定了影响熔覆层宏观形貌的关键因素. 结果表明,试验条件下合适的热输入范围为490.2~888.9 kJ/m2. 热输入太低时基体与熔覆层之间存在未熔合;热输入太高时易形成气孔缺陷. 对宽度影响最大的是激光功率,其次是离焦量,最后是扫描速率;影响深度的因素从大到小依次为离焦量、激光功率、扫描速率;激光功率、扫描速率、离焦量对高度的影响无显著差别.     

38CrMoAl钢表面激光熔覆Ni基合金工艺研究

利用正交试验法对38CrMoA1钢表面激光熔覆Ni60合金时激光功率、扫描速度和离焦量等工艺参数进行优化,得到熔覆层硬度和耐磨性能较为优良的参数组合,并研究了激光熔覆工艺参数对熔覆层性能的影响.结果表明,选择激光功率2.0 kW,离焦量40 mm,扫描速度6 mm/s作为35CrMoA1钢表面激光熔覆Ni60合金时的工艺参数,熔覆层硬度可以达到880.5 HV,相对耐磨性为2.26.     

H13钢激光熔覆陶瓷修复层的参数优化

针对H13模具钢失效而产生的磨损以及腐蚀等表面问题,采用镍基碳化硅粉末,对H13模具钢的修复层进行参数优化. 为了探究激光熔覆中激光参数对修复层的影响,采用不同的激光电流、离焦量为优化工艺参数进行激光熔覆试验,发现改变激光电流、离焦量的大小对修复层的熔覆尺寸、微观组织以及力学性能均有不同程度影响;熔覆层的几何稀释率随着激光电流的增大而增大,熔覆层的晶粒尺寸变粗;熔覆层的几何稀释率随着离焦量的增大而减小,熔覆层的晶粒尺寸变细. 通过金相显微镜、SEM和显微硬度仪分析得到优化结果为:激光电流115 A、离焦量51 mm,熔覆层显微硬度值达到最高,约为基材硬度的2.6倍. 上述研究成果为提高模具失效表面激光熔覆修复层质量提供理论和技术依据.     

双线斑激光内送粉宽带熔覆温度场数值模拟与工艺研究

目的 研究双线斑激光内送粉宽带熔覆温度场分布特性及其工艺参数对熔覆层形貌和几何特征的影响,为双线斑激光内送粉宽带熔覆在工件表面的强化、修复、改性以及宽带成形的应用提供试验与数据参考。方法 基于半椭球体热源模型,利用ANSYS软件对单道宽带熔覆过程中的熔池温度场进行数值模拟,并结合工艺试验分析离焦量、送粉速度、激光功率、扫描速度对熔覆层形貌和几何特征的影响。结果 利用半椭球体热源模型进行的数值模拟能够较为合理地反映出双线斑激光内送粉宽带熔覆过程的温度场分布,在离焦量为0 mm和负离焦量下,熔覆单道的温度分布云图均呈“带式彗星”状,熔覆层横截面上的高温区域呈现“平底形”分布,纵切面上的高温区域呈“V”形和不对称的“W”形,且两者随着深度的增加,均逐渐过渡到半椭圆形;离焦量、送粉速度、激光功率和扫描速度对熔覆层的宽度、厚度、稀释率及表面平整度都有很大的影响。结论 “带式彗星”状的熔覆单道温度分布,使得熔池前方温度梯度较大,后方温度梯度较小。横切面上“平底形”温度分布可以强化熔覆层与基体在宽度方向上的结合程度。在304不锈钢基板上熔覆KF-355金属粉末,选取离焦量为0 mm、送粉速度为45 ...     

T10钢表面激光熔覆Ni/WC合金工艺研究

研究了T10钢表面激光熔覆Ni/WC合金时激光功率、扫描速度和离焦量对熔覆层性能的影响,并通过选择合适的水平进行正交试验,得到熔覆层硬度和耐磨性能优良的较优工艺参数.     

KmTBCr15Mo表面激光熔覆原位合成TiC-VC增强镍基熔覆层的工艺研究

利用横流CO_2激光器,选用不同配比的钛铁粉(FeTi70)、钒铁粉(FeV50)、石墨和Ni60自熔性粉末在铸铁KmTBCr15Mo表面进行激光熔覆处理,通过原位自生法制备出TiC-VC增强相镍基涂层,并研究了激光熔覆工艺参数对熔覆层组织和性能的影响。结果表明:激光熔覆层的微观质量和耐磨性能与激光熔覆工艺参数密切相关,在优化的激光工艺参数(激光功率2.4kW,离焦量30mm,激光扫描速度250mm/min)下获得的熔覆层耐磨性最好。     

基于均匀设计的铁基合金粉末激光熔覆工艺参数优化

为了在Q235钢基材上制备出性能优良的铁基合金熔覆涂层,开展基于均匀设计的铁基合金粉末激光熔覆工艺参数优化方法研究.根据熔覆机工艺能力和实践经验选取待优化工艺参数范围,运用均匀化设计方法产生混合水平实验表.采用“光内送粉”在Q235钢基材上制备铁基合金(Fe45)熔覆层,利用超景深显微镜和维式显微硬度计分析了熔覆层的表面形貌、稀释率及硬度.基于实验数据逐步回归分析扫描速度、离焦量、激光功率、送粉速度对熔覆层稀释率和显微硬度的影响.结果 表明:不同工艺参数对熔覆层的稀释率及显微硬度具有显著影响;回归分析的三次多元多项式适合于表征工艺参数对熔覆层稀释率和显微硬度的影响规律,回归方程的交互项表明扫描速度、离焦量、激光功率、送粉速度的交互作用影响着稀释率和显微硬度;对稀释率和显微硬度进行数学回归,分析发现该铁基合金粉末的激光熔覆最佳工艺参数为:扫描速度7 mm/s、离焦量2 mm、送粉速度22 g/min、激光功率2.7 kW.验证实验表明,以最优参数制备的熔覆层硬度均匀度高、与基材形成了连续的白亮凝合线,无裂纹及气孔,熔覆层整体质量较好.     

铜合金表面激光熔覆Ni基涂层的工艺研究

研究了铜合金表面激光熔覆Ni基合金涂层的工艺。研究了工艺参数对熔覆层的形貌、显微硬度、稀释率、显微组织的影响。通过设计正交实验并利用极差分析确定了影响熔覆层硬度的关键因素。结果表明,熔覆过程中合适的热输入范围为112500～133333.3 kJ/m~2。热输入太低,熔覆层和基体之间达不到冶金结合;热输入太高,稀释率会增大。激光功率对熔覆层的显微硬度因素最大,然后为扫描速度和离焦量。     

工艺参数对Nd:YAG激光熔覆层几何尺寸和性能的影响

研究了电压、脉宽和激光重复频率对Nd：YAG激光熔覆层几何尺寸和性能的影响，解释了造成这些影响的原因。结果表明，在其它工艺参数一定的情况下，电压越高，或脉宽越大，或频率越大，将使熔覆层高越小，熔深越大，熔覆层宽越大；随着脉宽、激光重复频率或电压的增加，熔覆层气孔率越小；当脉宽、激光重复频率或电压在一定范围内增加时，熔覆层均不会开裂。     

激光熔覆镍基金属陶瓷涂层组织与高温磨损性能的研究

通过显微组织观察及高温干摩擦磨损试验，对激光熔覆镍基金属陶瓷涂层及其高温干摩擦磨损性能进行了研究。结果表明，Ni21＋20％WC＋0．5％CeO2熔覆层组织细小，高温干摩擦磨损性能最好。     

曲面光斑面积变化模型及其对熔覆质量的影响

目的 建立一种计算曲面工件激光光斑面积变化的数学模型,研究光斑面积在多大范围内变化对熔覆质量的影响最小。方法 采用高斯曲率的倒数作为曲率球的半径,利用曲率球代替NURBS曲面微小单元,通过圆柱体与球体相贯的数学分析方法求取截交面积,进而推导出NURBS曲面光斑面积的数学模型,采用CATIA软件作对比,进行验证。结果 该数学模型得出的结果与CATIA计算的结果相对误差不超过0.2%,满足工程应用。对模型中影响光斑面积大小的三个因素（离焦量、光束姿态、曲率）进行分析表明,影响光斑面积大小的最主要因素是光束姿态。在此基础上,以Q235为母材,KF310粉末为熔覆材料,调整光束姿态分别以0?、10?、20?、30?、40?为入射角进行激光熔覆,测试和分析得出,在0?、10?、20?时,单道熔覆层宽度随空间夹角及光斑面积的增大而增大,熔覆高度随光斑面积增大而减小,熔覆层与基体之间存在亮白色界面,这是凝固初期界面处生长出的平面晶,说明形成了冶金结合。而30?、40?时的单道熔覆层宽度变化不明显,在熔覆道边缘出现粘粉现象,冶合质量不高。结论 光斑面积变化在增加8%的范围内可以保证激光熔覆沉积层的质量,通过该算法的应用可以满足激光再制造快速响应的要求。     

U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25％WC涂层工艺参数优化的研究

目的研究U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层的最佳工艺参数。方法首先通过单道单因素试验初步选取激光功率、送粉量、扫描速度和光斑直径4个工艺参数,然后进行4因素3水平的单道正交试验,以熔覆层的宽度、高度和稀释率作为判断熔覆层质量的指标,做极差分析,最后得到最优工艺参数并分析了熔覆层的显微硬度及显微组织。结果单道单因素试验及单道正交试验得到的工艺参数均为:激光功率1500 W,送粉量4 g/min,扫描速度6 mm/s,光斑直径2.2 mm。通过单道正交试验极差表分析发现,工艺参数对质量指标的影响程度不同,对熔覆层宽度的影响为扫描速度送粉量激光功率光斑直径,对熔覆层高度的影响为送粉量扫描速度光斑直径激光功率,对熔覆层稀释率的影响为送粉量光斑直径扫描速度激光功率,对比发现送粉量是熔覆层的最大影响因子。熔覆层的显微硬度最高可达到1170HV,是基体的3.7倍。结论在U71Mn钢表面激光熔覆Ni60-25%WC涂层,可以制备出光滑且紧密结合的熔覆层,且表面硬度明显提高。     

激光功率密度对熔覆层磨损性能的影响

采用激光熔覆技术在40Cr钢表面制备了Co基熔覆层。利用体式显微镜和显微硬度计,对熔覆层分别进行了宏观形貌观察和显微硬度测试。根据熔覆后零件的实际工作状况,有针对性地采取了滑动+滚动的摩擦方式对熔覆件进行干摩擦试验。结果表明,随着激光功率的增加,熔覆层参数(熔高、熔深、熔宽)逐渐增加;显微硬度则出现先升高而后降低的趋势;其磨损机理依次呈现氧化磨损-磨粒磨损-粘着磨损-疲劳磨损。研究发现提高零件硬度不等于提高了耐磨性。     

变形铝合金激光熔覆工艺研究

为应用激光熔覆法修复涡桨发动机螺旋桨叶腐蚀损伤，利用CO2连续激光器在LYl2基材表面进行铝基合金粉末熔覆试验。分析了激光功率、扫描速度和光斑直径等工艺参数对熔覆效果的影响，观测了熔覆层的组织特征与性能。结果表明，要获得表面平整、内部无明显缺陷的熔覆层，存在激光功率阈值；熔覆层高度和熔深以及稀释率随激光功率的增加而增大，随扫描速度而降低；熔覆层的宽度主要取决于光斑直径。熔覆层组织为均匀细小的等轴晶，靠近基体界面的位置有较大尺寸的柱状晶存在，晶轴与熔合线垂直，尺寸可达20gm以上。熔覆层的显微硬度在100～110HV之间，较基体降低约30％。     

铁基合金+WC激光熔覆层的显微组织与性能

在Q235钢和QT-600球铁表面激光熔覆铁基合金+WC粉末.利用扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了熔覆层的微观组织,测试了熔覆层硬度和磨损性能.结果表明,Q235钢表面熔覆层组织较细,熔覆层与基体结合界面波形不明显,且出现白亮层.QT-600球铁表面熔覆层组织粗大,界面波形较大,基体混入多,无白亮层,硬度、耐磨性相对较低.分析认为,组织与性能的不同是由于Q235钢熔点较高,熔化量少,且熔池冷速快,组织细化.QT-600球铁表面熔覆层组织不均匀,其中等轴品的耐磨性高于柱状晶,原因在于较细的等轴晶晶界较多,增大了滑动阻力.     

激光金属成形定向凝固显微组织及成分偏析研究

利用高温合金Rene95粉末在镍基高温合金基材上进行激光多层涂覆。研究熔覆层中凝固显微组织的生长特性。基于对柱状晶向等轴晶转化理论的分析，证实通过控制工艺参数组合，可获得具有良好取向的单道多层、多道搭接多层定向凝固涂层和圆环的定向凝固试样，涂层内部的定向凝固柱状枝晶组织细密，枝晶一次间距为5－30μm，二次臂很小或者完全退化。涂层内无明显的成分偏析现象。     

T15高速钢异质材料激光熔覆过程的多相流模型

激光熔覆过程中熔池的演变包含能量输入、质量添加、高温金属液体流动、金属熔化凝固以及材料扩散等复杂过程。基于多相流理论,建立了T15高速钢在42CrMo基板上激光熔覆的物质传输模型。其中,质量添加与能量输入过程采用添加在熔池表面单元的源项模拟,而气液界面的捕捉则采用了CLSVOF方法。通过试验获得的熔覆层关键形貌参数,被用来验证数值模型的有效性。结果表明,T15高速钢由于其自身含有较高的硫含量,在激光熔覆熔池中,在Marangoni力的驱动下具有明显内向流动的特征。高温液体向下流动,形成较大的熔深。以熔覆层高度、深度、稀释率等3个形貌参数为比较依据,验证了异质材料激光熔覆的多相流模型,在不同工艺参数组合下试验值与仿真值均具有较好的一致性,证明了该模型可准确反映激光熔覆过程熔池内的微流动与物质传输行为。